基于跨導(dǎo)運(yùn)算放大器的高帶寬濾波器的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、由于在通信傳輸、信號(hào)處理、控制測(cè)量等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，連續(xù)時(shí)間有源濾波器一直是人們研究的熱點(diǎn)問題。但國內(nèi)在SoC領(lǐng)域中的模擬濾波器設(shè)計(jì)大都應(yīng)用于較低頻率，缺少自主成熟的寬帶濾波解決方案，或者仍限于理論研究階段，并未能廣泛投入到工程實(shí)踐中。本文的研究?jī)?nèi)容是高帶寬的有源濾波器設(shè)計(jì)，通過與實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合，在一個(gè)填補(bǔ)國內(nèi)高帶寬濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的空缺。 本文用6階Chebyshev(切比雪夫)濾波器實(shí)現(xiàn)了低通濾波功能，能滿足通帶帶寬在5

2、0Mhz以上，為以太數(shù)據(jù)通過同軸電纜傳輸(EoC，Ethernet over Coax)系統(tǒng)提供了完整的濾波解決方案。EoC芯片的成功能促進(jìn)基于同軸電纜的家庭以太網(wǎng)的組建，把電視和雙向數(shù)據(jù)信號(hào)均在一根同軸電纜上傳輸，從而簡(jiǎn)化有線電視HFC(混合光纖同軸電纜網(wǎng))網(wǎng)絡(luò)的雙向改造。此技術(shù)的成熟發(fā)展能向居民住宅和小型商務(wù)機(jī)構(gòu)提供融合了數(shù)據(jù)和視頻服務(wù)的綜合服務(wù)，具有遠(yuǎn)大的市場(chǎng)前景。同時(shí)此濾波器在EoC產(chǎn)品當(dāng)中的成功應(yīng)用為國內(nèi)的連續(xù)時(shí)間高帶寬低通濾

3、波器的設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐相結(jié)合提供借鑒意義。 本研究設(shè)計(jì)的濾波器是基于OTA-C結(jié)構(gòu)，它僅僅使用OTA和電容就能滿足傳輸函數(shù)的要求，取代了傳統(tǒng)濾波器中的電阻，更加適合集成電路發(fā)展的趨勢(shì)。OTA-C濾波器有著良好的高頻特性和極強(qiáng)的電路綜合能力，可以與MOS工藝兼容，成為了高帶寬濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的主要結(jié)構(gòu)。研究了跨導(dǎo)運(yùn)算放大器的電路實(shí)現(xiàn)，探討了提高OTA線性范圍的方法，給出了帶源極負(fù)反饋電阻的跨導(dǎo)運(yùn)算放大器和交叉耦合CMOS跨導(dǎo)運(yùn)算放大

4、器的設(shè)計(jì)方法和電路圖，提供了仿真分析結(jié)果。隨后介紹了二階和高階濾波器設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)步驟，以6階Chebyshev濾波器為例，驗(yàn)證表明OTA-C濾波器的功能和性能均滿足EoC系統(tǒng)的要求。探討了調(diào)諧的種類，給出了兩種不同調(diào)諧方式，基于直接調(diào)諧的方法對(duì)6階Chebyshev濾波器做出了改進(jìn)。仿真結(jié)果表明濾波器的功能和性能指標(biāo)如頻率響應(yīng)和線性度能達(dá)到要求。給出了OTA-C濾波器版圖設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，著重從線性度和差分電路的角度來講述匹配的重要性